Применение промышленных контроллеров эмикон для построения асу тп

В настоящее время основной серией модулей, используемых в промышленных контроллерах фирмы «ЭМИКОН» при построении распределенных и централизованных систем автоматизации (СА) технологических процессов общего назначения, является серия DCS-2000.

Серия модулей DCS-2000 производится в двух вариантах конструктивного исполнения и подразделяется в зависимости от способа их установки в контроллер (на DIN-рельс или в каркас).

Модули серии DCS-2000, устанавливаемые на DIN-рельс, применяются фирмой «ЭМИКОН» с 2001 года и наилучшим образом зарекомендовали себя при создании распределенных СА в разных отраслях промышленности.

 

Однако новое время диктует новые требования к средствам автоматизации и требует совместимости уже существующих контроллеров, работающих на объектах, с различными нововведениями. Поэтому компания ЗАО «ЭМИКОН», постоянно находящаяся в творческом поиске новых решений, решила расширить серию DCS-2000 новыми модулями. С 2010 г. фирма «ЭМИКОН» серийно производит модули серии DCS-2000 каркасного исполнения. Их номенклатура схожа с номенклатурой ранее производимых типов модулей. Основное различие заключается в двух моментах. Первый – увеличение количества каналов ввода/вывода модулей, второй – конструктивное исполнение (крепление модулей в каркасе при сохранении последовательного межмодульного интерфейса).

По архитектуре модули серии DCS-2000, вне зависимости от конструктивного исполнения, одинаковы. Модули имеют две основные части – системную и объектную. Системная часть содержит микроконтроллер, интерфейсные каналы, обеспечивающие связь модулей УСО с ЦПУ, средства адресации модуля в информационной сети и задания скорости передачи по интерфейсным каналам. Объектная часть содержит регистры ввода/вывода, ключи, входные фильтры для модулей дискретного ввода/вывода и аналого-цифровые, цифро-аналоговые преобразователи для модулей аналогового ввода/вывода. Существенным отличием является то, что модули серии DCS-2000, устанавливаемые на DIN-рельс, имеют модификации взрывозащищенного исполнения с маркировкой взрывозащиты [Exib]IIC X и искробезопасными цепями могут быть связаны с датчиками, расположенными во взрывоопасных зонах классов В-1а и В-1г.

Надежность СА, построенных на базе модулей, производимых компанией «ЭМИКОН», достигается введением в модули средств диагностики и способами построения систем. В модулях DCS-2000 каркасного исполнения особого внимания заслуживают устройства контроля функционирования. Так, в модулях дискретного вывода контролируется работоспособность ключей. Во-первых, после выполнения команды включения ключей проверяется, открылся ли ключ тот, который должен был открыться, контролируется возможное короткое замыкание между полевыми цепями. Во-вторых, если через открытый ключ протекает ток больше максимально допустимого 530 мА (возможно короткое замыкание в полевых цепях), то автоматически на аппаратном уровне без вмешательства микроконтроллера выключаются ключи той группы, в которой произошла авария. В-третьих, на аппаратно-программном уровне проверяется работоспособность микроконтроллера. Если в течение 17 мс микроконтроллер не произведет перезапуск охранного таймера, то специальная схема, не зависящая от микроконтроллера, сформирует сигнал, блокирующий включения ключей и в зависимости от наличия или отсутствия специальной перемычки, либо выключит все ключи, либо оставит ключи в предаварийном состоянии.

В модулях дискретного ввода при наличии дополнительных резисторов во входных каналах контролируется целостность полевых цепей (обрыв, короткое замыкание). В каждом программном цикле путем формирования тестовых сигналов проверяется входной тракт модуля. По состоянию охранного таймера контролируется работоспособность микроконтроллера.

В модулях аналогового вывода контролируется ток в нагрузке, сформированный модулем. В модулях аналогового ввода с помощью реперных точек проверяется работоспособность входного тракта, в том числе и аналого-цифрового преобразователя. Кроме того, в программном цикле каждого модуля микроконтроллер записывает свое состояние в специальную область памяти, которая по интерфейсным каналам считывается модулем ЦПУ. Архитектура CA предусматривает резервирование основных, наиболее уязвимых устройств, которые могут привести к отказу. Это каналы межмодульных интерфейсов, источники питания и модули ЦПУ. Использование модулей CPU-31А и CPU-32А серии DCS-2000 каркасного исполнения обеспечивает опрос модулей УСО по двум независимым интерфейсным каналам – основному и резервному. Резервирование модулей ЦПУ связано с двумя основными моментами: формированием сигналов, обеспечивающих переключение с ведущего модуля ЦПУ на резервный, и выравниванием памяти в резервном модуле. В модулях ЦПУ выбран классический метод переключения модулей, который заключается в том, что если в основном модуле перестает перезапускаться специальный таймер, то формируется сигнал, останавливающий работу основного модуля и разрешающий работу резервного. Для обеспечения мягкого перехода с основного модуля на резервный необходимо, чтобы в резервном модуле находилось состояние входных, выходных каналов модулей УСО, идентичное состоянию, находящемуся в основном модуле. С целью выравнивания памяти в модулях CPU-31А и CPU-32А имеется отдельный интерфейсный канал типа ETНERNET. Вопрос резервирования питания в контроллерах, построенных на базе DCS-2000 каркасного исполнения, решается путем подведения питания к кроссовой плате каркаса через модули адаптера RP-31 или RP-32, которые снабжены отдельными соединителями для подключения основного и резервного источников питания. В этом случае нет необходимости создавать устройства для резервирования питания.

Для построения контроллеров УСО на базе модулей DCS-2000 совсем не обязательно владеть навыками программирования: вся необходимая работа сводится к нескольким несложным действиям, выполняемым в графическом пользовательском интерфейсе интегрированной среды CONT-Designer. Если требуется решение более сложных задач управления, пользователь может расширить функциональные возможности программного обеспечения контроллеров УСО путем реализации собственных прикладных процедур на текстовом языке высокого уровня CONT, а также использования библиотек стандартных функций, создания своих переменных и констант.

Для расширения функциональных возможностей контроллеров, построенных на базе модулей серии DCS-2000 каркасного исполнения, в части информационного обмена с интеллектуальными датчиками и исполнительными устройствами были разработаны сетевые модули CI-31A и CI-32A. Модуль CI-31A содержит восемь последовательных интерфейсных каналов RS-485 (протокол MODBUS RTU), предназначенных для подключения периферийных интеллектуальных устройств. Модуль CI-32A предназначен для подключения к контроллерам датчиков, поддерживающих протокол HART. Модуль содержит восемь интерфейсных каналов HART. В небольших системах, где для подключения датчиков достаточно не более восьми интерфейсных каналов, были введены модификации модулей CPU-31, в которые включены дополнительные интерфейсные устройства, поддерживающие восемь каналов RS-485 (модификация CPU-31D) или восемь каналов HART (модификация CPU-31Е). В серии DCS-2000 есть модули, обеспечивающие выход на оптические линии связи. Это модуль CI-08A, устанавливаемый на DIN-рельс, который содержит два независимых канала, преобразующих сигналы интерфейса RS-485 в световые. Скорость информационного обмена по каналам - от 9600 бит/с до 2 Мбит/с. Оптический кабель, подсоединяемый к модулю, должен быть многомодовым (MM) 50/125 мкм или 62,5/125 мкм, протяженность его не должна превышать 1,5 км. Модификация модуля CPU-31 - CPU-31F также содержит выход на два оптических канала. Технические характеристики модификаций модуля CPU-31 приведены в таблице 1.

В тех случаях, когда датчики классического типа расположены во взрывоопасной зоне, в качестве интеллектуальных барьеров используются модули УСО серии DCS-2000, устанавливаемые на DIN-рельс и имеющие устройство взрывозащиты. СА выглядят так: контроллер ввода/вывода строится на базе модулей DCS-2000 каркасного исполнения. Модуль CPU-31A по двум системным интерфейсным каналам опрашивает модули, установленные в каркас, и по двум внешним интерфейсным каналам RS-485 опрашивает интеллектуальные барьеры. Связь с устройствами других уровней осуществляется по каналам ETHERNET.

Ниже приведена структурная схема САП НПС-3 БТС-II. Центральный контроллер КСАП КЦ и контроллеры УСО КСАП-02 выполнены на базе модулей серии DCS-2000 каркасного исполнения с процессором CPU-31A